JP3765376B2

JP3765376B2 - Shot peening apparatus and method

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Publication number: JP3765376B2
Application number: JP2000092122A
Authority: JP
Inventors: 三郎山方; 博充村上; 定佳植村
Original assignee: オリエンタルエンヂニアリング株式会社; 有限会社ウエカツ
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: JP2001277119A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浸炭処理、焼き入れ処理等の熱処理を施した後の熱処理済材に２種類以上の投射材を投射することにより、所望の圧縮残留応力を生じさせるようにしたショットピーニング装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このショットピーニング方法においては、近年、疲労強度を向上させるために、例えば特開平６−１４５７８５号公報に記載されているように、一次ショットピーニングで比較的粒径の大きいショット粒を用いて鋼材表面に圧縮残量応力層の深さを増し、次の二次ショットピーニングで比較的粒径の小さなショット粒を使用して最表面の圧縮残留応力を高めることにより、強度上最適な残留応力分布状態を得るようにした所謂２段ショットピーニング法が用いられている。
【０００３】
このような２段ショットピーニング法では、異なる粒径の２種類のショット粒を使用して、２回のショットピーニング処理を行う必要があるため、例えば特開平７−１７１７６６号公報に記載されているような、投射ノズルから被処理面に投射した投射材を回収用のフードにより回収して、これに接続された回収ホースを経て分離タンクへ送給して、投射材とダストとを分離し、投射材を加圧タンクと投射ホースを経て投射ノズルに送給することにより、投射材を循環使用するようにし、回収ホースから分離タンクへの送給を、回収ホースに流下した投射材を回収ホースの通路の途中から分離タンク側へ向けて圧縮空気を噴出させて通路中に生じさせた部分的真空による吸引噴出作用によって行うようにしたエアブラスト装置を使用して、一次ショットピーニング処理と二次ショットピーニングとで異なる２種類のショット粒を入れ換えるか又は２台のショットピーニング装置を使用するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例にあっては、１台のショットピーニング装置で二段ショットピーニング処理を行うには、一次ショットピーニング処理から二次ショットピーニング処理に、二次ショットピーニングから一次ショットピーニングに切換える際に、両処理で使用するショット粒の粒度が異なることから、前処理で使用したショット粒を全て入れ換える必要があり、この入れ換え作業に長い時間と労力が必要となると共に、全てのショット粒を入れ換えるのは困難であり、多少粒度の異なるショット粒が混入することは避けられないという未解決の課題がある。
【０００５】
また、２台のショットピーニング装置を使用して、これらに夫々粒度の異なるショット粒を装填しておくことにより、一次ショットピーニング処理及び二次ショットピーニング処理を異なるショットピーニング装置で行うことも考えられるが、この場合には、２台のショットピーニング装置が必要となり、導入コスト及び保守点検コスト等が嵩むという未解決の課題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、１台のショットピーニング装置で２種類以上の投射材を使い分けて、２段以上の多段ショットピーニング処理を行うことができるショットピーニング方法及び装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係るショットピーニング装置は、熱処理後の材料表面に異なるショットピーニング処理を行う２種類以上の投射材を順次投射して圧縮残留応力を生じさせるショットピーニング装置において、大サイズの投射材、中サイズの投射材及び小サイズの投射材を個別に貯留する３つの貯留手段と、前記熱処理後の被処理材料を回転自在に保持する材料保持手段と、前記３つの貯留手段のうちから中サイズ投射材、大サイズ投射材及び小サイズの投射材をその順に選択して順次供給される投射材を前記材料保持手段で保持している被処理材料に高速で噴射して３段階のショットピーニング処理を行う噴射ノズルと、被処理材料に投射された投射材を回収する回収手段と、該回収手段で回収された投射材を種類別に分離する投射材分離手段と、該投射材分離手段で分離された投射材を対応する前記３つの貯留手段に個別に送給する再循環手段とを備え、前記投射材分離手段は、ケース体の上部に配設されて前記回収手段で回収された投射材をケース体内に定量流下させる受けホッパーと、該受けホッパーから流下される投射材に対してその流下方向と交差する方向から所定風量の分離用送風を行う送風機と、該送風機の分離用送風によって飛ばされた投射材を飛距離に応じて分離回収する２つ以上の分離回収用ホッパーとを有することを特徴としている。
【０００８】
この請求項１に係る発明では、大サイズの投射材、中サイズの投射材及び小サイズの投射材を貯留する３つの貯留手段のうち選択した１つの貯留手段から中サイズの投射材を噴射ノズルに投入し、この噴射ノズルから投射材を材料保持手段に保持されている被処理材料に投射することにより、一次ショットピーニング処理を行い、この一次ショットピーニング処理に続いて大サイズの投射材による二次ショットピーニング処理を行うために、該当する貯留手段を選択してこれから投射材を噴射ノズルに送給することにより、二次ショットピーニング処理を行い、さらに二次ショットピーニング処理に続いて小サイズの投射材による三次ショットピーニング処理を行うことができ、この際に混合された投射材が投射材分離手段で種類毎に分離され該当する貯留手段に送給される。このとき、投射材分離手段では、回収された投射材を受けホッパーから定量流下させ、これに対して送風機で所定風量の分離用送風を作用させることにより、投射材の粒径や質量等の材質差により、飛距離が変化して着地位置が異なることを利用して３つ以上の分離回収用ホッパーで分離回収する。
【０００９】
また、請求項２に係るショットピーニング装置は、請求項１に係る発明において、前記材料保持手段が、ケース体の上部に配設された回転駆動源に着脱自在に装着される熱処理後の被処理材料を保持する回転保持軸と、該回転保持軸の下端に配設された軸受を覆う円盤とで構成されていることを特徴としている。
【００１０】
この請求項２に係る発明では、回転保持軸で非処理材料を保持し、これに噴射ノズルから投射材を噴射することにより、ショットピーニング処理を行い、この際に、投射された投射材が下方に落下することになるが、この投射材が下方の円盤に落下し、遠心力で外周縁から下方に落下することにより、軸受を投射材や破砕された投射材から保護することができる。一方、回転駆動源はケース体上部に配設されているので、投射される投射材の影響を受けることがない。
【００１１】
さらに、請求項３に係るショットピーニング装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記投射材分離手段が、送風機に供給する送風を加熱乾燥する乾燥手段を備えていることを特徴としている。
この請求項３に係る発明では、材料保持手段で保持する被処理材に付着している水分によって投射材が湿気をおびたとき、又は送風空気に圧力空気を使用した場合や空気中の湿度が高い場合に、乾燥手段で加熱乾燥させた送風を吹き付けることにより、再循環中に投射材を乾燥させてから貯留手段に貯留する。
【００１２】
さらにまた、請求項４に係るショットピーニング方法は、熱処理後の材料表面に投射材を投射して圧縮残留応力を生じさせるショットピーニング方法において、同一チャンバー内で、中サイズの投射材を投射する第１ショットピーニング処理と、大サイズの投射材を投射する第２ショットピーニング処理と、小サイズの投射材を投射する第３ショットピーニング処理とを連続して行い、投射されて混合された３種類以上の投射材を分離して循環再使用するようにしたことを特徴としている。
【００１３】
この請求項４に係る発明では、第１ショットピーニング処理で表面を硬化させると共に、ある程度の深さまで圧縮残留応力を分布させた状態で大サイズの投射材を使用した第２ショットピーニング処理を行うことにより、表面粗さの低下を抑制しながら深い位置まで圧縮残留応力を分布させ、さらに小サイズの投射材を使用した第３ショットピーニング処理を行うことより、表面粗さをより小さくする。
【００１４】
なおさらに、請求項５に係るショットピーニング方法は、請求項４に係る発明において、前記投射材の分離を、３種類以上の投射材が混合した混合投射材を受けホッパーに貯留して当該受けホッパーから定量流下させると共に、その流下方向と交差する方向に所定風量の送風を行い、投射材の着地位置に応じて分離回収することを特徴としている。
この請求項５に係る発明では、第１ショットピーニング処理、第２ショットピーニング処理及び第３ショットピーニング処理を連続して行うことにより、種類の異なる３種類の投射材が混合されたときに、これらを受けホッパーで貯留し、この受けホッパーから定量流下させながら、その流下方向と交差する方向に所定風量の送風を行うことにより、３種類の投射材の粒径差或いは質量差等の材質差によって、飛距離が変化して着地位置が異なることを利用して、種類の異なる投射材を正確に分離回収する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を伴って説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す概略構成図であって、図中、１は浸炭処理、焼戻し処理等の熱処理を行った後の歯車、精密加工品等の被処理材２に対してショットピーニング処理を行うショットピーニング装置本体であって、中空逆円錐形状の回収部３とその上部に連接する円筒部４とで構成されるケース体５を有し、このケース体５の上端部に回転駆動装置６が配設され、回収部３に支持脚７によって支持された軸受８が配設されていると共に、この軸受８に円盤９が回転自在に支持されている。この円盤８の上面中央部には、被処理材料２を保持した保持軸１０を支持する挿通孔１１が穿設されている。
【００１９】
この保持軸１０は、上端に形成された断面方形の係合部１０ａと、中央部に形成された被処理材料９を所定数図１においては５段分保持する保持部１０ｂと、下端に形成された円盤８の挿通孔１１に挿通される突出部１０ｃとを備えており、突出部１０ｃを円盤８の挿通孔１１に挿通させた状態で、回転駆動源６の回転軸に摺動自在に保持された角筒部１２を係合部１０ａに上方から係合させることにより、回転駆動源６と軸受７とによって回転自在に保持される。
【００２０】
そして、保持軸１０に保持された各被処理材料２と対向するケース体５の壁面に夫々等角間隔で３つの噴射ノズル１５が配設され、これら噴射ノズル１５に異なる種類の投射材を貯留する貯留手段として貯留ホッパー１６Ａ〜１６Ｃが配管１７Ａ〜１７Ｃを介して接続されている。
貯留ホッパー１６Ａには例えば粒サイズ０．６ｍｍの鋼球が多数貯留され、貯留ホッパー１６Ｂには粒サイズが０．３ｍｍの鋼球が多数貯留され、さらに貯留ホッパー１６Ｃには粒サイズ０．５μｍのガラスビーズが多数貯留されている。各貯留ホッパー１６Ａ〜１６Ｃには、その下部に投入弁１８Ａ〜１８Ｃが設けられ、これら投入弁１８Ａ〜１８Ｃを選択的に開くことにより、貯留ホッパー１６Ａ〜１６Ｃに貯留されている投射材が配管１７Ａ〜１７Ｃを介して噴射ノズル１５に送給される。そして、噴射ノズル１５には、配管１９を介して高圧の圧縮空気が供給されており、この圧縮空気で投射材を被処理材料２に噴射する。
【００２１】
また、ケース体５の回収部３の底頂部には、回収管２１が接続され、この回収管２１が投射材を上方に搬送するエレベータ又はバケットコンベヤで構成される揚送機構２２に接続され、この揚送機構２２の上端が配管２３を介して投射材分離手段としての投射材分離装置２４に接続されている。
この投射材分離装置２４は、風洞状に形成されたケース体２５を有し、このケース体２５の上端に回収された投射材を貯留する受けホッパー２６が配設され、この受けホッパー２６の下端に定量切り出し機構２７が設けられ、この定量切り出し機構２７によって貯留された投射材が定量づづ切り出されて垂直管２８を介してケース体２５内に垂直に流下される。
【００２２】
また、ケース体２５の垂直管２８から流下する投射材の落下位置にその落下方向と直交して送風機３０が配設されている。この送風機３０には、空気取入れ口３１から導入された空気を脱水剤を充填し且つ空気を加熱乾燥する加熱乾燥機３２を介して乾燥された空気が導入され、この乾燥空気を一時貯留する風箱３３と、駆動モータ３４及びその回転軸に取付けられた送風ファン３５とを備えており、送風ファン３５で発生される送風が角筒状の送風案内筒３６で案内されてケース体２５内に流下する投射材と交差するように供給される。
【００２３】
さらに、ケース体２５の下部には、送風によって飛距離が異なる投射材を分離回収する回収用ホッパー３７Ａ〜３７Ｅが送風機３０の送風方向と平行に併設されている。ここで、回収用ホッパー３７Ａでは粒サイズ０．６ｍｍの鋼球を分離回収し、回収用ホッパー３７Ｂでは粒サイズ０．３ｍｍの鋼球を分離回収し、回収用ホッパー３７Ｄでは粒サイズ０．５μｍのガラスビーズを分離回収する。
【００２４】
そして、回収用ホッパー３７Ａ，３７Ｂ及び３７Ｄで分離回収された各投射材回収管３８Ａ，３８Ｂ及び３８Ｃを介して前述した揚送機構２２と同様の構成を有する揚送機構３９Ａ，３９Ｂ及び３９Ｃに搬送され、これら揚送機構３９Ａ〜３９Ｃで揚送された各投射材が配管４０Ａ〜４０Ｃを介して貯留ホッパー１７Ａ〜１７Ｃに搬送され、残りの回収用ホッパー３７Ｃ及び３７Ｅで回収した投射材は廃棄管４１を介して廃棄される。
【００２５】
また、ケース体２５の送風機３０と対向する右上部位置には排気ダクト４２が設けられ、この排気ダクト４２が集塵機４３に接続されている。
ここで、送風機３０の風速と回収用ホッパー３７Ａ〜３７Ｅの配置関係は、以下のように設定されている。
すなわち、実験装置によって、各投射材を落下高さを５０ｃｍとし、風速を５ｍ／ｓに設定して、０．６ｍｍの鋼球、０．３ｍｍの鋼球、１μｍのガラスビーズ、０．３μｍのガラスビーズについて着地位置までの飛距離（ｃｍ）を測定した結果を図２に示す。この図２において、０．６ｍｍの鋼球については飛距離が実線図示のように１ｃｍから７ｃｍの範囲となり、０．３ｍｍの鋼球については点線図示のように、飛距離が８ｃｍから１９ｃｍの範囲となり、１μｍのガラスビーズについては破線図示のように、飛距離が３７ｃｍから６４ｃｍの範囲となり、０．３μｍのガラスビーズについては二点鎖線図示のように飛距離が７５ｃｍから１１２ｃｍの範囲となり、各投射材を送風によって分離することができる。
【００２６】
続いて、風速を増加させて落下状態を測定したところ図示しないが、１０ｍ／ｓを超える風速では０．３μｍのように細かなサイズのガラスビーズについては飛距離が長くなりすぎるが、粒サイズの違う鋼球の分離には風速が２５ｍ／ｓでも明確に分離することができた。
一方、風速を５ｍ／ｓから減少させて、風速が１ｍ／ｓ未満となると、混合した投射材のサイズが０．３ｍｍの鋼球と１μｍのガラスビーズでも飛距離が重なる部分が大きくなり、明確な分離ができないことが解った。
【００２７】
したがって、鋼球とガラスビーズとを混合した投射材の場合は、風速が３ｍ／ｓから７ｍ／ｓの範囲の風速とすることにより、より明確な分離を行うことができた。
このため、上記実施形態のように、０．６ｍｍの鋼球、０．３ｍｍの鋼球及び０．３μｍのガラスビーズが混合された場合には、送風機３０の風速を３ｍ／ｓ〜７ｍ／ｓの範囲で選択し、上述したように５ｍ／ｓに設定した場合には、回収用ホッパー３７Ａの開口の右端位置を投射材の流下位置から右側に７ｃｍの位置とし、回収用ホッパー３７Ｂの開口位置を左端を投射材の流下位置から右側に８ｃｍの位置とすると共に、右端を１９ｃｍの位置とし、回収用ホッパー３７Ｃの開口位置を左端を流下位置から３７ｃｍの位置とすると共に、右端を６２ｃｍの位置とし、回収用ホッパー３７Ｄの開口位置を左端を流下位置から７６ｃｍとすると共に、右端を１１２ｃｍとし、回収用ホッパー３７Ｅの開口位置を流下位置から１１３ｃｍ以上とすることにより、混合して流下される投射材を確実に分離して回収することができる。
【００２８】
そして、このときの送風量（ｍ³／ｓ）を流量計で測定し、この送風量と風速の実測値（ｍ／ｓ）、風速計算値（ｍ／ｓ）及び送風圧力（Ｐａ）とを計測した結果、下記表１に示すようになり、送風量、風速実測値、風速計算値及び送風圧力との間に明らかな相関関係があり、風速を制御するために、実際の風速を風速計で検出するか送風量を流量計で検出するか、送風圧力を圧力計で検出することができ、これらに基づいて風速を制御することにより、投射材の分離回収を正確に行うことができる。
【００２９】
【表１】

【００３０】
なお、送風と投射材の分離との関係は、送風口の形状や受けホッパー２６の位置、回収用ホッパー３７Ａ〜３７Ｄの形状、排気ダクト４２の排気量によって影響を受けるので、これらを考慮して最適な条件を設定する。
次に、上記実施形態の動作を説明する。ここでは、実機で送風案内筒３６の出側風速が５ｍ／ｓとなるように調整している。
【００３１】
今、被処理材料２として、浸炭焼入れ処理した硬度がＨＲＣ６０で粒界酸化による軟化層は生じておらず、表面粗さＲmax ３μｍである歯車を適用し、この被処理材料２を保持軸１０の保持部１０ｂにセットし、この保持軸１０の下端に形成された突出部１０ｃを円盤９の挿通孔１１に挿通し、この状態で係合部１０ａに角筒部１２を係合させることにより、回転駆動源６に連結する。
【００３２】
この状態で、回転駆動源６を回転駆動することにより、保持軸１０及び円盤９が回転状態となり、これと同時に又はその後に各噴射ノズル１５に所望の貯留ホッパー１６Ａ〜１６Ｃの選択した１つから投射材を供給すると共に、配管１８から圧縮空気を供給することにより、投射材が被処理材料２に噴射される。
被処理材料２に投射された後の投射材は下方に落下し、一部は円盤９上に落下するが、この円盤９も回転していることにより、遠心力によって外周縁から下方に落下して逆円錐状の回収部３で回収され、これが回収管２１を介して揚送機構２２に供給され、この揚送機構２２で上方に揚送され、配管２３を介して投射材分離装置２４の受けホッパー２６に供給される。
【００３３】
この受けホッパー２６からは定量切り出し機構２７によって所定量づつ投射材が切り出され、垂直管２８を介してケース体２５内に流下される。
このとき、送風機３０の送風口３７から風速が５ｍ／ｓとなるように制御された送風がケース体２５内に、流下する投射材に真横から当たるように吹き出されているので、前回の処理時に使用した投射材と今回の処理時に使用した投射材等が混在している場合に、両者の飛距離が異なることにより、例えば０．３ｍｍの鋼球と０．３μｍのガラスビーズとが混入していた場合には、０．３ｍｍの鋼球が回収用ホッパー３７Ｂまで飛ばされてこれに回収され、０．３μｍのガラスビーズが回収用ホッパー３７Ｄまで飛ばされてこれに回収され、ガラスビーズの破砕屑は軽いので回収用ホッパー３７Ｅに回収されるか又は排気ダクト４２から集塵機４３で集塵される。
【００３４】
そして、回収用ホッパー３７Ｂ及び３７Ｄに分離回収された鋼球及びガラスビーズは回収配管３８Ｂ及び３８Ｃを介して揚送機構３９Ｂ及び３９Ｃに送られ、これら揚送機構３９Ｂ及び３９Ｃで揚送されて貯留用ホッパー１６Ｂ及び１６Ｃに戻され循環再使用される。
このショットピーニング処理で、前述した浸炭焼入れ処理した歯車について投射材として０．６ｍｍの鋼球、０．３ｍｍの鋼球、１．０μｍのガラスビーズ、０．５μのガラスビーズ、０．３μｍのガラスビーズを使用して、投射圧力を０．２５ＭＰａ、０．３５ＭＰａ、０．４５ＭＰａ及び０．５５ＭＰａとした夫々について投射時間を例えば５秒、１０秒、２０秒、３０秒及び６０秒としたときの歯車の表面粗さＲmax を測定したところ下記表２に示す結果が得られた。ここで、ガラスビーズの投射に関しては、最初に０．３ｍｍの鋼球を夫々５秒、２０秒、３０秒及び６０秒間投射した後にガラスビーズを同一の５秒、２０秒、３０秒及び６０秒間投射した場合の表面粗さＲmax を示す。
【００３５】
【表２】

【００３６】
この表２から明らかなように、０．６ｍｍ及び０．３ｍｍの鋼球を投射材として使用した場合には、粒サイズが大きくなるほど、投射圧力が大きくなるほど、投射時間が長くなるほど表面粗さは粗くなることが解る。
また、１．０μｍ、０．５μｍ及び０．３μｍのガラスビーズについては、０．３ｍｍの鋼球との２段ショットピーニングとなるので、０．３ｍｍの鋼球を使用した１段ショットピーニングに比較して表面粗さを大きく改善することができ、特に０．３ｍｍ鋼球を３０秒間ショットピーニング処理し、次いで０．３μｍガラスビーズを３０秒間ショットピーニング処理する２段ショットピーニングを行った場合には表面粗さＲmax を０．０３μｍとすることができ、格段に表面粗さを改善することができる。
【００３７】
そして、ショットピーニング処理を施した被処理材料の材料強度は、ショットピーニング処理を施さない材料に比較して、明らかに疲労強度が改善されることは周知の事実である。ここで、ショットピーニングによって材料強度が向上させる要因は、表面近傍における圧縮残留応力値がショットピーニング処理によって大きくなることに基づくことが知られている。一方、鋼材の表面粗さも材料強度と密接な関係が有り、表面粗さが粗くなるにつれて、鋼の強度が低下することも知られている。鋼の表面近傍に、圧縮残留応力を大きく付与させるために質量の大なる投射材を強く投射すると、応力が大きくなるばかりではなく、表面よりも内部に向かって深く残留応力が発生することも知られている。しかし、その場合、表面粗さは著しく粗くなり鋼の強度を劣化させてしまうという未解決の課題がある。
【００３８】
そこで、本実施形態では、最初に貯留ホッパー１６Ｂの投入弁１８Ｂを開状態として、この貯留ホッパー１６Ｂに貯留されている０．３ｍｍの鋼球を投射材として噴射ノズル１５に供給し、この噴射ノズル１５で０．２５ＭＰａの投射圧力で、３０秒間被処理材料２に投射して第１ショットピーニング処理を行う。このときの圧縮残留応力の分布を実測した結果を下記表３に示す。
【００３９】
【表３】

【００４０】
この表３から明らかなように、粒サイズ０．３ｍｍの鋼球を投射材として使用することにより、表面から１０μｍ位置に８ＭＰａの圧縮残留応力を発生させる。このときの表面粗さＲmax は４μｍ前後であった。
続いて、貯留ホッパー１６Ａの投入弁１８Ａを開状態として、この貯留ホッパー１６Ａに貯留されている粒サイズ０．６ｍｍの鋼球を投射材として噴射ノズル１５に供給し、この噴射ノズル１５で、０．４５ＭＰａの投射圧力で３０秒間投射して第２ショットピーニング処理を行ったときの圧縮残留応力の分布を実測した結果を下記表４に示す。
【００４１】
【表４】

【００４２】
この表４から明らかなように、粒サイズ０．６ｍｍの鋼球を投射材として使用することにより、表面から４０μｍの位置に１５ＭＰａの圧縮残留応力を発生させることができる。この場合の表面粗さＲmax は僅か２μｍであった。
引き続いて、貯留ホッパー１６Ａの投入弁１８Ａを開状態として、この貯留ホッパー１６Ａに貯留されている粒サイズ０．３μｍのガラスビーズを投射材として噴射ノズル１５に供給し、この噴射ノズル１５で０．２５ＭＰａの投射圧力で２０秒間被処理材料に投射して第３ショットピーニング処理を行うことにより、表面粗さＲmax は０．０８μｍに改善することができた。
【００４３】
同様に、０．２５ＭＰａの投射圧力で、０．３ｍｍの鋼球を被処理材料２に投射して、この被処理材料２の表面を硬化させ、略ＨＶ９００程度の硬さとし、この状態で０．６ｍｍの鋼球を投射材として、０．４５ＭＰａの投射圧力で６０秒間投射しても表面粗さＲmax は２．５μｍ程度であり、表面粗さを改善することができ、続いて０．５μｍのガラスビーズを投射材として０．２５ＭＰａの投射圧力で４０秒間投射すると、表面粗さＲmax は０．０４μｍとなり、且つ最大圧縮残留応力は表面で１６ＭＰａであった。
【００４４】
このように、中サイズの投射材による第１ショットピーニング処理、大サイズの投射材による第２ショットピーニング処理及び小サイズの投射材による第３ショットピーニングを連続して行うことにより、被処理材料の深い位置に圧縮残留応力を発生させながら表面粗さＲmax を向上させることができ、材料強度を著しく向上させることができる。
【００４５】
以上のように、上記実施形態によると、被処理材料に噴射した後の投射材を回収し、これを投射材分離装置２４で投射材の種類毎に分離して回収することができるので、１台のショットピーニング装置を使用して、被処理材料に対して２段以上のショットピーニング処理を連続して行うことができ、短い処理時間で２段以上のショットピーニング処理を正確に行うことができる。
【００４６】
しかも、ショットピーニング処理後に回収された投射材を投射材分離装置２４で、定量流下させながら送風機３０の送風を当てることにより、飛距離差を利用して分離するので、第１ショットピーニング処理から第２ショットピーニング処理に切換える際、第２ショットピーニング処理から第３ショットピーニング処理に切換える際、及び第３ショットピーニング処理から第１ショットピーニングに切換える際に、異なるサイズや材質の投射材が混合されて回収される場合でも、これらを正確に分離回収することができる。
【００４７】
なお、上記実施形態においては、投射材として０．６ｍｍの鋼球、０．３ｍｍの鋼球及び０．３μｍのガラスビーズを使用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の種々の形状のチップ、ワイヤ、アトマイズ鉄粉等の粒状物を適用することができる。
また、上記実施形態においては、送風案内筒３６から流下される投射材に対して直交するように送風を供給する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、流下される投射材に対して交差する方向に送風を供給するようにすればよく、投射材として径の異なる鋼球を使用した場合には、これらを分離するためには、送風をノズルから吹き出させ、このノズルの角度が上向きとなる方が好ましく、このためにはノズル角度及びノズル開口面積を可変とすることが好ましい。
【００４８】
さらに、上記実施形態においては、ショットピーニング装置本体１と投射材分離装置２４とを水平面に並列に配置する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ショットピーニング装置本体１の下側に投射材分離装置２４を配設することにより、揚送機構２２を省略することができる。
さらにまた、上記実施形態においては、ショットピーニング装置本体１で被処理材料２を回転駆動する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、装置が複雑とはなるが被処理材料２を固定し、噴射ノズル１５を回転させるようにしてもよい。
【００４９】
なおさらに、上記実施形態では、３段ショットピーニングを行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、２段以上のショットピーニング処理を行うことができ、当然に１段のショットピーニング処理も行うことができる。
また、上記実施形態においては、３つの貯留ホッパー１６Ａ〜１６Ｃを設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、使用する投射材の種類数に応じた数の貯留ホッパーを設けることができ、これに応じて分離機２４の回収用ホッパー数及び揚送機構数を増加させればよい。
【００５０】
さらに、上記実施形態においては、投射材分離装置２４の回収用ホッパー３７Ａ〜３７Ｅが固定配置される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、使用する投射材の飛距離に応じて開口位置を任意に調整することができる構成とすることが望ましい。
さらにまた、上記実施形態においては、送風機３０に加熱乾燥機３２を設けた場合について説明したが、投射材回収系統の何れかに加熱乾燥機を配設するようにしてもよい。
【００５１】
なおさらに、上記実施形態においては、分離用送風を送風機３０を使用して形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、エアコンプレッサを使用して形成した圧縮空気を使用するようにしてもよく、この場合には、吹き出し量を流量又は圧力を検出して制御すればよい。
【００５２】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、３つの貯留手段のうち選択した１つの貯留手段から中サイズの投射材を噴射ノズルに投入し、この噴射ノズルから投射材を材料保持手段に保持されている被処理材料に投射することにより、一次ショットピーニング処理を行い、この一次ショットピーニング処理に続いて大サイズの投射材による二次ショットピーニング処理を行うために、該当する貯留手段を選択してこれから投射材を噴射ノズルに送給することにより、二次ショットピーニング処理を行い、さらに二次ショットピーニング処理に続いて小サイズの投射材による三次ショットピーニング処理を行うことができ、第１ショットピーニング処理で表面を硬化させると共に、ある程度の深さまで圧縮残留応力を分布させた状態で大サイズの投射材を使用した第２ショットピーニング処理を行うことにより、表面粗さの低下を抑制しながら深い位置まで圧縮残留応力を分布させ、さらに小サイズの投射材を使用した第３ショットピーニング処理を行うことにより、表面粗さをより小さくすることができ、被処理材料の材料強度を向上させることができ、この際に混合された投射材を投射材分離手段で種類毎に分離され該当する貯留手段に送給されるので、異なる種類の投射材を使用した複数段のショットピーニング処理を連続して行うことができると共に、投射材分離手段で、ホッパーから回収された種類の異なる投射材を定量流下させ、これに対して送風機で所定風量の分離用送風を作用させることにより、投射材の粒径や質量の差により、飛距離が変化して着地位置が異なることを利用して複数の分離回収用ホッパーで分離回収するので、３種類の投射材が混合された場合で正確に分離回収することができるという効果が得られる。
【００５３】
また、請求項２に係る発明によれば、回転保持軸で被処理材を保持し、これに噴射ノズルから投射材を噴射することにより、ショットピーニング処理を行う際に、投射された投射材が下方に落下することになるが、この投射材が下方の円盤に落下し、遠心力で外周縁から下方に落下することになり、軸受を投射材や破砕された投射材から保護することができるという効果が得られる。
【００５４】
さらに、請求項３に係る発明によれば、材料保持手段で保持する被処理材に付着している水分によって投射材が湿気をおびたときや、送風空気の湿度が高いときに、乾燥手段で乾燥状態にさせることにより、再循環中に投射材を乾燥させてから貯留手段に貯留することができ、投射材に破砕された投射材等のダストが付着することを確実に防止して、良好なショットピーニング処理を行うことができるという効果が得られる。
【００５５】
さらにまた、請求項４に係る発明によれば、第１ショットピーニング処理で表面を硬化させると共に、ある程度の深さまで圧縮残留応力を分布させた状態で大サイズの投射材を使用した第２ショットピーニング処理を行うことにより、表面粗さの低下を抑制しながら深い位置まで圧縮残留応力を分布させ、さらに小サイズの投射材を使用した第３ショットピーニング処理を行うことにより、表面粗さをより小さくすることができ、被処理材料の材料強度を向上させることができるという効果が得られる。
【００５６】
なおさらに、請求項５に係る発明によれば、第１ショットピーニング処理、第２ショットピーニング処理及び第３ショットピーニング処理を連続して行うことにより、種類の異なる投射材が混合されたときに、これらを受けホッパーで貯留し、この受けホッパーから定量流下させながら、その流下方向と交差する方向に所定風両の送風を行うことにより、種類の異なる投射材の粒径差或いは質量差によって、着地位置が異なることを利用して、種類の異なる投射材を正確に分離回収することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】複数の投射材に送風を当てたときの落下高さと落下位置までの距離との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１ショットピーニング装置本体
２被処理材料
３回収部
６回転駆動源
８軸受
９円盤
１０保持軸
１５噴射ノズル
１６Ａ〜１６Ｃ貯留ホッパー
１８Ａ〜１８Ｃ投入弁
２４投射材分離装置
２６受けホッパー
２７定量切り出し機構
３０送風機
３２加熱乾燥機
３７Ａ〜３７Ｅ回収用ホッパー
３９Ａ〜３９Ｃ揚送機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a heat-treated material after heat treatment such as carburizing treatment and quenching treatment.Two or more typesShot peening designed to produce the desired compressive residual stress by projecting the projectileapparatusas well asMethodAbout.
[0002]
[Prior art]
In this shot peening method, in order to improve fatigue strength in recent years, as described in, for example, JP-A-6-145785, the surface of a steel material using shot grains having a relatively large grain size by primary shot peening. By increasing the depth of the compressive residual stress layer and increasing the compressive residual stress on the outermost surface by using shot grains with a relatively small grain size in the next secondary shot peening, the optimal residual stress distribution state in terms of strength A so-called two-stage shot peening method is used to obtain the above.
[0003]
In such a two-stage shot peening method, it is necessary to perform two shot peening processes using two types of shot grains having different particle diameters. For example, this is described in JP-A-7-171766. The projection material projected from the projection nozzle onto the surface to be treated is collected by a collection hood, and fed to a separation tank via a collection hose connected to the separation material, separating the projection material and dust, By supplying the projection material through the pressurized tank and the projection hose to the projection nozzle, the projection material is circulated and used, and the projection material that has flowed down from the collection hose to the separation tank is returned to the collection hose. Using an air blasting device that is operated by suction and jetting action by partial vacuum generated in the passage by ejecting compressed air from the middle of the passage toward the separation tank side, Shot peening and have to use two different shot particles to replace or two shot peening apparatus and the secondary shot peening.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional example, in order to perform the two-stage shot peening process with one shot peening apparatus, when switching from the primary shot peening process to the secondary shot peening process and from the secondary shot peening process to the primary shot peening process. In addition, since the grain size of the shot grains used in both processes is different, it is necessary to replace all the shot grains used in the pretreatment. This replacement work requires a long time and labor, and all the shot grains are replaced. However, there is an unsolved problem that it is inevitable that shot grains having slightly different grain sizes are mixed.
[0005]
It is also conceivable that the primary shot peening process and the secondary shot peening process are performed by different shot peening apparatuses by using two shot peening apparatuses and loading them with shot grains having different particle sizes. However, in this case, two shot peening apparatuses are required, and there is an unsolved problem that introduction cost, maintenance inspection cost, and the like increase.
[0006]
Therefore, the present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and two or more types of projection materials are properly used in one shot peening apparatus to perform multi-stage shot peening processing of two or more stages. It is an object of the present invention to provide a shot peening method and apparatus that can be performed.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a shot peening apparatus according to claim 1 is a shot peening apparatus that sequentially generates two or more types of projection materials for performing different shot peening treatments on a material surface after heat treatment to generate a compressive residual stress. InLarge size projection material, medium size projection material & small size projection materialStore projectiles individuallyThreeStorage means; material holding means for rotatably holding the heat-treated material; andThreeOut of storage meansSelect medium size projection material, large size projection material and small size projection material in that order.Sequentially supplied blasting material is sprayed at high speed onto the material to be processed held by the material holding means3 shot peening processAn injection nozzle;ProcessedThe recovery means for recovering the projection material projected on the material, the projection material separation means for separating the projection material recovered by the recovery means by type, and the projection material separated by the projection material separation meansThreeRecirculation means for individually feeding the storage means, and the projection material separating means is disposed at the upper part of the case body.TheA receiving hopper for quantitatively flowing down the projection material collected by the collecting means into the case body, and a blower for performing separation air blowing of a predetermined air volume from a direction intersecting the flow direction to the projection material flowing down from the receiving hopper Further, the present invention is characterized by having two or more separation / recovery hoppers that separate and collect the projection material blown by the separation blower of the blower according to the flight distance.
[0008]
In the invention according to claim 1,Three to store large-sized, medium-sized and small-sized projectilesA medium-sized projection material is injected into the injection nozzle from one storage means selected from among the storage means, and the projection material is projected from the injection nozzle onto the material to be processed held by the material holding means, thereby performing a primary shot. By performing a peening process and performing a secondary shot peening process with a large size projection material following this primary shot peening process, by selecting the appropriate storage means and then feeding the projection material to the injection nozzle, Perform secondary shot peeningIn addition, the secondary shot peening process is followed by a tertiary shot peening process using a small-sized projection material.The projection material mixed at this time is separated for each type by the projection material separation means and fed to the corresponding storage means. At this time, the projection material separating means receives the collected projection material from the hopper, and makes a constant flow of air with a blower act on the material, such as the particle size and mass of the projection material. By using the fact that the landing position is different due to the difference in flight distance3Separate and collect with one or more separation and recovery hoppers.
[0009]
Moreover, the shot peening according to claim 2apparatusIsIn the invention according to claim 1, the material holding means includes a rotation holding shaft that holds a material to be processed after heat treatment that is detachably attached to a rotation drive source disposed on an upper portion of the case body, and the rotation holding It is comprised by the disk which covers the bearing arrange | positioned at the lower end of the axis | shaft.
[0010]
In the invention according to claim 2,A non-processed material is held by a rotation holding shaft, and a shot peening process is performed by injecting a projection material from the injection nozzle to this, and at this time, the projected projection material falls downward. The projection material falls on the lower disk and falls downward from the outer periphery by centrifugal force, so that the bearing can be protected from the projection material and the crushed projection material. On the other hand, since the rotational drive source is disposed at the upper part of the case body, it is not affected by the projected projection material.
[0011]
Furthermore, the shot peening according to claim 3apparatusIn the invention according to claim 1 or 2,The projection material separating means includes drying means for heating and drying the air supplied to the blower.
In the invention according to claim 3,When the projection material becomes damp due to moisture adhering to the material to be treated held by the material holding means, or when the pressure air is used for the blown air or when the humidity in the air is high, drying by heating with the drying means By blowing the blown air, the projection material is dried during recirculation and then stored in the storage means.
[0012]
Furthermore, the shot peening according to claim 4MethodIsIn a shot peening method in which a projection material is projected onto the surface of a material after heat treatment to generate a compressive residual stress, a first shot peening process for projecting a medium size projection material and a large size projection material are projected in the same chamber. The second shot peening process to be performed and the third shot peening process to project a small size projection material are continuously performed, and three or more types of projection materials mixed by being projected are separated and reused.It is characterized by that.
[0013]
In the invention according to claim 4,The surface is hardened by the first shot peening treatment, and the second shot peening treatment using a large size projection material is performed in a state in which the compressive residual stress is distributed to a certain depth, thereby suppressing the reduction in surface roughness. The surface roughness is further reduced by distributing the compressive residual stress to a deep position while performing the third shot peening process using a small-sized projection material.
[0014]
Still further, shot peening according to claim 5MethodIs billedItem 4In the invention according toSeparation of the projection material, mixed projection material mixed with three or more types of projection material is stored in the receiving hopper and flowed down from the receiving hopper at a constant rate, and a predetermined amount of air is blown in a direction intersecting the flowing direction, Separate and collect according to the landing position of the projectileIt is characterized by that.
In the invention according to claim 5,By continuously performing the first shot peening process, the second shot peening process, and the third shot peening process, when three different types of projection materials are mixed, they are received and stored in a hopper. The landing distance varies depending on the material difference such as particle size difference or mass difference of the three types of projectiles by blowing air with a predetermined air volume in the direction intersecting the flow direction while making a constant flow from the hopper. Utilizing the fact that they are different, the different types of projection materials are accurately separated and recovered.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a material 2 to be processed such as a gear and a precision processed product after heat treatment such as carburizing and tempering. A shot peening apparatus main body that performs shot peening processing, and has a case body 5 that includes a hollow inverted conical collection portion 3 and a cylindrical portion 4 that is connected to the upper portion thereof, and an upper end portion of the case body 5 A rotation drive device 6 is disposed, a bearing 8 supported by a support leg 7 is disposed in the recovery unit 3, and a disk 9 is rotatably supported by the bearing 8. An insertion hole 11 that supports the holding shaft 10 that holds the material to be processed 2 is formed in the center of the upper surface of the disk 8.
[0019]
The holding shaft 10 is formed at the lower end with an engaging portion 10a having a square cross section formed at the upper end, a holding portion 10b for holding a predetermined number of workpieces 9 formed at the center portion for five stages in FIG. And a projecting portion 10c that is inserted into the insertion hole 11 of the disc 8 and is slidable on the rotating shaft of the rotary drive source 6 with the projecting portion 10c being inserted into the insertion hole 11 of the disc 8. By engaging the held square tube portion 12 with the engaging portion 10a from above, the square tube portion 12 is rotatably held by the rotational drive source 6 and the bearing 7.
[0020]
Then, three spray nozzles 15 are arranged at equiangular intervals on the wall surface of the case body 5 facing each material to be processed 2 held by the holding shaft 10, and different types of projection materials are stored in these spray nozzles 15. Storage hoppers 16A to 16C are connected via pipes 17A to 17C as storage means.
For example, a large number of steel balls having a grain size of 0.6 mm are stored in the storage hopper 16A, a large number of steel balls having a grain size of 0.3 mm are stored in the storage hopper 16B, and a storage hopper 16C has a grain size of 0.5 μm. Many glass beads are stored. Each storage hopper 16A to 16C is provided with a closing valve 18A to 18C at the lower portion thereof, and by selectively opening these closing valves 18A to 18C, the projection material stored in the storage hoppers 16A to 16C is piped 17A. It is fed to the injection nozzle 15 through ˜17C. The injection nozzle 15 is supplied with high-pressure compressed air via a pipe 19, and the projection material is injected onto the material to be treated 2 with this compressed air.
[0021]
Further, a recovery pipe 21 is connected to the bottom top portion of the recovery part 3 of the case body 5, and this recovery pipe 21 is connected to a lifting mechanism 22 configured by an elevator or bucket conveyor that conveys the projection material upwardly, The upper end of the lifting mechanism 22 is connected to a projection material separation device 24 as a projection material separation means via a pipe 23.
The projection material separating device 24 has a case body 25 formed in a wind tunnel shape, and a receiving hopper 26 for storing the collected projection material is disposed at an upper end of the case body 25, and a lower end of the receiving hopper 26. A fixed quantity cut-out mechanism 27 is provided, and the projection material stored by the fixed quantity cut-out mechanism 27 is cut out in a fixed quantity, and vertically flows into the case body 25 through the vertical pipe 28.
[0022]
In addition, a blower 30 is disposed at a position where the projection material flowing down from the vertical pipe 28 of the case body 25 is perpendicular to the direction in which it falls. The blower 30 is supplied with the air introduced from the air intake port 31 through a heating dryer 32 that is filled with a dehydrating agent and heats and dries the air. A box 33, a drive motor 34, and a blower fan 35 attached to the rotating shaft of the box 33 are provided, and the blown air generated by the blower fan 35 is guided by a rectangular tube-shaped blower guide tube 36 into the case body 25. Supplied so as to intersect with the projecting material flowing down.
[0023]
Furthermore, recovery hoppers 37 </ b> A to 37 </ b> E that separate and collect projection materials having different flight distances by blowing are provided in parallel to the blowing direction of the blower 30 at the lower portion of the case body 25. Here, the recovery hopper 37A separates and collects steel balls having a grain size of 0.6 mm, the recovery hopper 37B separates and recovers steel balls having a grain size of 0.3 mm, and the recovery hopper 37D has a grain size of 0.5 μm. Separate and collect glass beads.
[0024]
And it conveys to the

lifting mechanisms

39A, 39B and 39C having the same configuration as the above-described lifting mechanism 22 via the projection

material recovery pipes

38A, 38B and 38C separated and recovered by the

recovery hoppers

37A, 37B and 37D. Then, each projection material lifted by these lifting mechanisms 39A to 39C is conveyed to the storage hoppers 17A to 17C through the pipes 40A to 40C, and the projection materials recovered by the remaining

recovery hoppers

37C and 37E are discarded pipes. 41 is discarded.
[0025]
Further, an exhaust duct 42 is provided at the upper right portion of the case body 25 facing the blower 30, and the exhaust duct 42 is connected to the dust collector 43.
Here, the arrangement | positioning relationship of the wind speed of the air blower 30 and the collection | recovery hoppers 37A-37E is set as follows.
That is, by using an experimental apparatus, each projection material has a drop height of 50 cm, a wind speed of 5 m / s, a 0.6 mm steel ball, a 0.3 mm steel ball, 1 μm glass beads, and a 0.3 μm glass bead. The result of measuring the flight distance (cm) to the landing position of the glass beads is shown in FIG. In FIG. 2, the flying distance for a 0.6 mm steel ball is in the range of 1 cm to 7 cm as shown by the solid line, and the flying distance of the steel ball of 0.3 mm is in the range of 8 cm to 19 cm as shown by the dotted line. As for the 1 μm glass beads, the flying distance ranges from 37 cm to 64 cm as shown by the broken line, and for the 0.3 μm glass beads, the flying distance ranges from 75 cm to 112 cm as shown by the two-dot chain line, The projectile can be separated by blowing.
[0026]
Subsequently, when the falling state was measured by increasing the wind speed, although not shown, at a wind speed exceeding 10 m / s, the flying distance becomes too long for a glass bead having a fine size such as 0.3 μm. Different steel balls could be clearly separated even at a wind speed of 25 m / s.
On the other hand, when the wind speed is decreased from 5 m / s and the wind speed is less than 1 m / s, the part where the flying distance overlaps even with a steel ball having a size of 0.3 mm mixed with glass beads having a size of 1 μm becomes clear. It was found that it was impossible to separate.
[0027]
Therefore, in the case of a projection material in which a steel ball and glass beads are mixed, a clearer separation can be performed by setting the wind speed in the range of 3 m / s to 7 m / s.
For this reason, when a 0.6 mm steel ball, a 0.3 mm steel ball, and a 0.3 micrometer glass bead are mixed like the said embodiment, the wind speed of the air blower 30 is 3 m / s-7 m / s. And the right end position of the opening of the recovery hopper 37A is set to a position 7 cm on the right side from the flow down position of the projection material, and the opening position of the recovery hopper 37B is set to 5 m / s as described above. The left end is 8 cm to the right from the flow down position of the projection material, the right end is 19 cm, the opening position of the collection hopper 37C is left 37 cm from the flow down position, and the right end is 62 cm. The opening position of the recovery hopper 37D is 76 cm from the flow-down position at the left end, 112 cm from the right end, and the opening position of the collection hopper 37E is 113 cm or more from the flow-down position. The Rukoto, the shot material is flowing down mixing can be recovered reliably separated.
[0028]
And the air volume at this time (m^Three/ S) was measured with a flow meter, and the measured value (m / s), the calculated wind speed (m / s), and the blowing pressure (Pa) of this air flow rate and wind speed were measured. As shown in Table 1 below There is a clear correlation between the air flow rate, the measured wind speed value, the calculated wind speed value and the air pressure, and in order to control the wind speed, either the actual wind speed is detected by an anemometer or the flow rate is measured by a flow meter. The air pressure can be detected or detected by a pressure gauge, and by controlling the wind speed based on these pressures, the projection material can be separated and recovered accurately.
[0029]
[Table 1]

[0030]
Note that the relationship between the blowing and the separation of the projection material is affected by the shape of the blowing port, the position of the receiving hopper 26, the shape of the collection hoppers 37A to 37D, and the exhaust amount of the exhaust duct 42. Set the optimal conditions.
Next, the operation of the above embodiment will be described. Here, it adjusts so that the exit side wind speed of the ventilation guide pipe | tube 36 may be 5 m / s with an actual machine.
[0031]
Now, a gear having a hardness of HRC 60 and no softening layer due to grain boundary oxidation is applied as the material 2 to be treated, and a gear having a surface roughness Rmax of 3 μm is applied. By setting the holding portion 10b, the protruding portion 10c formed at the lower end of the holding shaft 10 is inserted into the insertion hole 11 of the disk 9, and in this state, the square tube portion 12 is engaged with the engaging portion 10a. The rotary drive source 6 is connected.
[0032]
In this state, the rotational drive source 6 is rotationally driven, whereby the holding shaft 10 and the disk 9 are rotated. Simultaneously or after that, each injection nozzle 15 is selected from one selected from the desired storage hoppers 16A to 16C. While supplying a projection material and supplying compressed air from the piping 18, a projection material is injected to the to-be-processed material 2. FIG.
The projection material after being projected onto the material to be processed 2 falls downward, and part of it falls on the disk 9, but this disk 9 also rotates, so that it falls downward from the outer periphery due to centrifugal force. Is collected by the reverse conical collecting unit 3, and is supplied to the lifting mechanism 22 through the collecting pipe 21, and is lifted upward by the lifting mechanism 22. It is supplied to the receiving hopper 26.
[0033]
From the receiving hopper 26, the projecting material is cut out by a predetermined amount by the quantitative cut-out mechanism 27, and flows down into the case body 25 through the vertical pipe 28.
At this time, since the air flow controlled so that the wind speed becomes 5 m / s is blown out from the blower port 37 of the blower 30 so as to strike the projecting material flowing down from the side, When the projection material used and the projection material used at the time of this treatment are mixed, for example, 0.3 mm steel balls and 0.3 μm glass beads are mixed due to the difference in the flight distance between the two. In this case, a 0.3 mm steel ball is blown to the collection hopper 37B and collected therein, and a 0.3 μm glass bead is thrown to the collection hopper 37D and collected therein. Is collected by the collection hopper 37E or collected by the dust collector 43 from the exhaust duct 42.
[0034]
The steel balls and glass beads separated and recovered by the

recovery hoppers

37B and 37D are sent to the lifting

mechanisms

39B and 39C via the

recovery pipes

38B and 38C, and are transported and stored by the lifting

mechanisms

39B and 39C. The hoppers 16B and 16C are returned to the hopper for circulation.
In this shot peening process, the carburized and quenched gear described above is used as a projection material with a 0.6 mm steel ball, a 0.3 mm steel ball, a 1.0 μm glass bead, a 0.5 μm glass bead, and a 0.3 μm glass. When beads are used and the projection pressure is 0.25 MPa, 0.35 MPa, 0.45 MPa and 0.55 MPa, the projection time is 5 seconds, 10 seconds, 20 seconds, 30 seconds and 60 seconds, for example. When the surface roughness Rmax of the gear was measured, the results shown in Table 2 below were obtained. Here, regarding the projection of the glass beads, first, 0.3 mm steel balls are projected for 5 seconds, 20 seconds, 30 seconds and 60 seconds, respectively, and then the glass beads are projected for the same 5 seconds, 20 seconds, 30 seconds and 60 seconds. The surface roughness Rmax when projected is shown.
[0035]
[Table 2]

[0036]
As is apparent from Table 2, when 0.6 mm and 0.3 mm steel balls are used as the projection material, the surface roughness increases as the grain size increases, the projection pressure increases, and the projection time increases. It turns out that it becomes coarse.
In addition, 1.0 μm, 0.5 μm, and 0.3 μm glass beads are two-stage shot peening with a 0.3 mm steel ball, so compared to single-stage shot peening using a 0.3 mm steel ball. The surface roughness can be greatly improved, particularly when two-stage shot peening is performed in which 0.3 mm steel balls are shot peened for 30 seconds and then 0.3 μm glass beads are shot peened for 30 seconds. The surface roughness Rmax can be set to 0.03 μm, and the surface roughness can be remarkably improved.
[0037]
It is a well-known fact that the material strength of the material to be treated that has undergone shot peening is clearly improved in fatigue strength as compared to the material that has not been subjected to shot peening. Here, it is known that the factor that improves the material strength by shot peening is based on the fact that the compressive residual stress value in the vicinity of the surface is increased by shot peening. On the other hand, the surface roughness of steel is also closely related to the material strength, and it is also known that the strength of steel decreases as the surface roughness increases. It is also known that when a projection material with a large mass is strongly projected near the surface of the steel to increase the compressive residual stress, not only the stress increases, but also the residual stress is generated deeper toward the inside than the surface. It has been. However, in this case, there is an unsolved problem that the surface roughness becomes extremely rough and the strength of the steel is deteriorated.
[0038]
Therefore, in this embodiment, first, the closing valve 18B of the storage hopper 16B is opened, and a 0.3 mm steel ball stored in the storage hopper 16B is supplied to the injection nozzle 15 as a projection material. 15, the first shot peening treatment is performed by projecting on the material 2 to be treated for 30 seconds at a projection pressure of 0.25 MPa. Table 3 shows the results of actual measurement of the distribution of compressive residual stress at this time.
[0039]
[Table 3]

[0040]
As apparent from Table 3, by using a steel ball having a grain size of 0.3 mm as a projection material, a compressive residual stress of 8 MPa is generated at a position of 10 μm from the surface. At this time, the surface roughness Rmax was about 4 μm.
Subsequently, the charging valve 18A of the storage hopper 16A is opened, and a steel ball having a grain size of 0.6 mm stored in the storage hopper 16A is supplied to the injection nozzle 15 as a projection material. Table 4 below shows the results of actual measurement of the distribution of compressive residual stress when the second shot peening treatment was performed by projecting at a projection pressure of 45 MPa for 30 seconds.
[0041]
[Table 4]

[0042]
As apparent from Table 4, by using a steel ball having a grain size of 0.6 mm as a projection material, a compressive residual stress of 15 MPa can be generated at a position 40 μm from the surface. In this case, the surface roughness Rmax was only 2 μm.
Subsequently, the charging valve 18A of the storage hopper 16A is opened, and glass beads having a grain size of 0.3 μm stored in the storage hopper 16A are supplied to the injection nozzle 15 as a projection material. The surface roughness Rmax could be improved to 0.08 μm by performing the third shot peening treatment by projecting onto the material to be treated for 20 seconds at a projection pressure of 25 MPa.
[0043]
Similarly, with a projection pressure of 0.25 MPa, a 0.3 mm steel ballCoveredProjected onto the treatment material 2, the surface of the material to be treated 2 is hardened to a hardness of about HV900, and in this state, a 0.6 mm steel ball is used as the projection material and projected at a projection pressure of 0.45 MPa for 60 seconds. Even when the surface roughness Rmax is about 2.5 μm, the surface roughness can be improved. Subsequently, when the glass beads of 0.5 μm are projected at a projection pressure of 0.25 MPa for 40 seconds, The roughness Rmax was 0.04 μm and the maximum compressive residual stress was 16 MPa on the surface.
[0044]
As described above, the first shot peening process using the medium size projection material, the second shot peening process using the large size projection material, and the third shot peening process using the small size projection material are continuously performed. The surface roughness Rmax can be improved while generating compressive residual stress at a deep position, and the material strength can be remarkably improved.
[0045]
As described above, according to the above-described embodiment, the projection material after being sprayed onto the material to be processed can be collected, and this can be separated and collected by the projection material separation device 24 for each type of the projection material. By using a single shot peening device, two or more stages of shot peening can be continuously performed on the material to be processed, and two or more stages of shot peening can be accurately performed in a short processing time. .
[0046]
Moreover, since the projection material collected after the shot peening process is separated by utilizing the difference in flight distance by applying the air blown by the blower 30 while being allowed to flow down by the projection material separation device 24, the first shot peening process is changed from the first shot peening process. When switching to the 2-shot peening process, when switching from the 2nd shot peening process to the 3rd shot peening process, and when switching from the 3rd shot peening process to the 1st shot peening, the projectiles of different sizes and materials are mixed. Even when recovered, they can be accurately separated and recovered.
[0047]
In the above embodiment, the case where a 0.6 mm steel ball, a 0.3 mm steel ball, and a 0.3 μm glass bead are used as the projecting material has been described. However, the present invention is not limited to this. It is possible to apply granular materials such as chips, wires, and atomized iron powder having various shapes.
Moreover, in the said embodiment, although demonstrated about the case where ventilation was supplied so that it might orthogonally cross with respect to the projection material flowed down from the ventilation guide cylinder 36, it is not limited to this, The projection material flowed down It is only necessary to supply the air in a direction intersecting with each other. When steel balls having different diameters are used as the projection material, in order to separate them, the air is blown from the nozzle, and the angle of the nozzle Is preferably upward, and for this purpose, the nozzle angle and the nozzle opening area are preferably variable.
[0048]
Furthermore, in the said embodiment, although the case where the shot peening apparatus main body 1 and the projection material separation apparatus 24 were arrange | positioned in parallel with a horizontal surface was demonstrated, it is not limited to this, The lower side of the shot peening apparatus main body 1 By disposing the projection material separating device 24, the lifting mechanism 22 can be omitted.
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the material to be processed 2 is rotationally driven by the shot peening apparatus main body 1 has been described. However, the present invention is not limited to this. It may be fixed and the injection nozzle 15 may be rotated.
[0049]
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where three-stage shot peening is performed has been described. However, the present invention is not limited to this, and two or more stages of shot peening processing can be performed. Can also be done.
Moreover, in the said embodiment, although the case where the three storage hoppers 16A-16C were provided was demonstrated, it is not limited to this, The number of storage hoppers according to the number of types of the projection material to be used is provided. According to this, the number of recovery hoppers and the number of lifting mechanisms of the separator 24 may be increased.
[0050]
Furthermore, in the said embodiment, although the case where the collection | recovery hoppers 37A-37E of the projection material separation apparatus 24 were fixed arrangement | positioning was demonstrated, it is not limited to this, According to the flight distance of the projection material to be used It is desirable that the opening position can be arbitrarily adjusted.
Furthermore, although the case where the heat dryer 32 was provided in the air blower 30 was demonstrated in the said embodiment, you may make it arrange | position a heat dryer in any of a projection material collection | recovery system | strain.
[0051]
Furthermore, in the said embodiment, although the case where separation ventilation was formed using the air blower 30 was demonstrated, it is not limited to this, It seems that the compressed air formed using the air compressor is used. In this case, the amount of blowout may be controlled by detecting the flow rate or pressure.
[0052]
As described above, according to the invention of claim 1,ThreeA medium-sized projection material is injected into the injection nozzle from one storage means selected from among the storage means, and the projection material is projected from the injection nozzle onto the material to be processed held by the material holding means, thereby performing a primary shot. By performing a peening process and performing a secondary shot peening process with a large size projection material following this primary shot peening process, by selecting the appropriate storage means and then feeding the projection material to the injection nozzle, Perform secondary shot peeningIn addition, the secondary shot peening process is followed by a tertiary shot peening process using a small-sized projection material.CanThe surface is hardened by the first shot peening treatment, and the second shot peening treatment using a large size projection material is performed in a state in which the compressive residual stress is distributed to a certain depth, thereby suppressing the reduction in surface roughness. While distributing the compressive residual stress to a deep position and performing the third shot peening process using a small size projection material, the surface roughness can be further reduced and the material strength of the material to be processed is improved. Can beSince the blasting material mixed at this time is separated for each type by the blasting material separating means and fed to the corresponding storage means, multiple stages of shot peening processing using different types of blasting material should be performed continuously. In addition, the projection material separation means allows the different types of projection material collected from the hopper to flow down quantitatively, and the blower blows a separation air of a predetermined air volume on this, whereby the particle size and mass of the projection material Because of the difference in the flying distance and the landing position is different, using a plurality of separation and recovery hoppers,3 typesThe effect that it is possible to accurately separate and recover the blast material is mixed.
[0053]
Moreover, according to the invention which concerns on Claim 2,When the shot peening process is performed by holding the material to be processed by the rotation holding shaft and injecting the projection material from the injection nozzle to this, the projected projection material falls downward. Falls to the lower disk and falls downward from the outer periphery by centrifugal force, protecting the bearing from the projection material and crushed projection materialThe effect that it can do is acquired.
[0054]
Further, according to the invention according to claim 3, when the projection material is damp due to moisture adhering to the material to be processed held by the material holding means or when the humidity of the blown air is high, the drying means By making it dry, it is possible to store the projection material in the storage means after drying it during recirculation, and reliably prevent dust such as crushed projection material from adhering to the projection material. A proper shot peening processInThe effect that can be obtained.
[0055]
Furthermore, according to the invention of claim 4,The surface is hardened by the first shot peening treatment, and the second shot peening treatment using a large size projection material is performed in a state in which the compressive residual stress is distributed to a certain depth, thereby suppressing the reduction in surface roughness. While distributing the compressive residual stress to a deep position and performing the third shot peening process using a small size projection material, the surface roughness can be further reduced and the material strength of the material to be processed is improved. MakeThe effect that it can be obtained.
[0056]
Still further, according to the invention of claim 5,By continuously performing the first shot peening process, the second shot peening process, and the third shot peening process, when different types of projection materials are mixed, they are received and stored in the hopper, and quantitatively determined from the receiving hopper. Different types of projections by utilizing the fact that the landing position varies depending on the particle size difference or mass difference of different types of projection materials by blowing air with a predetermined wind in the direction intersecting the flow direction while flowing down The effect that the material can be separated and recovered accurately is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between a drop height and a distance to a drop position when air is blown to a plurality of projection materials.
[Explanation of symbols]
1 Shot peening machine
2 Material to be treated
3 collection department
6 Rotation drive source
8 Bearing
9 discs
10 Holding shaft
15 Injection nozzle
16A-16C Storage hopper
18A-18C inlet valve
24 Projection material separator
26 Receiving hopper
27 Quantitative cutting mechanism
30 Blower
32 Heating dryer
37A-37E Recovery hopper
39A-39C Lifting mechanism

Claims

In shot peening equipment that sequentially generates two or more types of projection materials that perform different shot peening treatments on the material surface after heat treatment to generate compressive residual stress, large-size projection materials, medium-size projection materials, and small-size projection materials Three storage means for individually storing materials, a material holding means for rotatably holding the material to be treated after the heat treatment, and a medium size projection material, a large size projection material, and the like among the three storage means, an injection nozzle for performing the shot peening of three steps by spraying at high speed the material to be treated which holds the shot material is sequentially supplied to select the shot material of a small size in that order in the material holding means, to be treated The recovery means for recovering the projection material projected on the material, the projection material separation means for separating the projection material recovered by the recovery means by type, and the projection material separated by the projection material separation means And a recirculating means for feeding individually the three storage means for the blast material separating means, quantifying shot material recovered by said recovery means is disposed at the top of the case body to the case body A receiving hopper to be caused to flow down, a blower for performing a separating air flow of a predetermined air volume from a direction intersecting the flowing direction with respect to the projecting material flowing down from the receiving hopper, and a projecting material blown by the separating air from the blower A shot peening apparatus comprising three or more separation / recovery hoppers that separate and collect according to a flight distance.

The material holding means is provided at a lower end of the rotary holding shaft, and a rotary holding shaft that holds a processed material after heat treatment that is detachably attached to a rotary drive source provided at an upper portion of the case body. 2. The shot peening apparatus according to claim 1, wherein the shot peening apparatus comprises a disk that covers the bearing.

The shot peening apparatus according to claim 1, wherein the projecting material separating unit includes a drying unit configured to heat and dry the air supplied to the blower.

In a shot peening method in which a projection material is projected onto the surface of a material after heat treatment to generate a compressive residual stress, a first shot peening process for projecting a medium size projection material and a large size projection material are projected in the same chamber. The second shot peening process to be performed and the third shot peening process to project a small size projection material are continuously performed, and three or more types of projection materials mixed by being projected are separated and reused. A shot peening method characterized by that.

The separation of the projection material is a mixed projection material in which three or more types of projection materials are mixed and received in a hopper and is allowed to flow down from the receiving hopper at a constant rate, and a predetermined amount of air is blown in a direction intersecting the flow direction, 5. The shot peening method according to claim 4, wherein separation and collection are performed according to the landing position of the projection material.